2024-2025學(xué)年新教材高中物理第5章牛頓運(yùn)動(dòng)定律第4節(jié)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律學(xué)案魯科版必修第一冊(cè)

PAGE9-第4節(jié)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念](1)知道力的作用是相互的，知道作用力與反作用力的概念．(2)理解牛頓第三定律的準(zhǔn)確含義，能用其解決簡(jiǎn)潔問(wèn)題．2.[科學(xué)思維](1)會(huì)用牛頓第三定律解決有關(guān)問(wèn)題．(2)會(huì)區(qū)分平衡力與作用力和反作用力．3.[科學(xué)探究]會(huì)通過(guò)試驗(yàn)探究作用力與反作用力的特點(diǎn)，驗(yàn)證牛頓第三定律，能用學(xué)過(guò)的物理術(shù)語(yǔ)等溝通探究過(guò)程和結(jié)果．4.[科學(xué)看法與責(zé)任]能用牛頓第三定律正確說(shuō)明日常生活中看似沖突的現(xiàn)象，樂(lè)于將牛頓運(yùn)動(dòng)定律應(yīng)用到日常生活實(shí)際中．一、作用力與反作用力1．定義：物體間的一對(duì)相互作用力，稱為作用力和反作用力．可以把其中的隨意一個(gè)力稱為作用力，則另一個(gè)力就稱為反作用力．2．特點(diǎn)：力的作用總是相互的．相互的作用力和反作用力既可以存在于相互接觸的物體之間，也可以存在于不接觸的物體之間．說(shuō)明：力的作用總是相互的，這個(gè)“總”字表示沒(méi)有例外狀況．二、牛頓第三定律1．內(nèi)容：兩個(gè)物體之間的作用力與反作用力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上．2．表達(dá)式：F＝－F′，其中F、F′分別表示作用力和反作用力．負(fù)號(hào)表示兩個(gè)力方向相反．說(shuō)明：這里負(fù)號(hào)表示作用力F與反作用力F′在同一條直線上，方向相反．1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)力是物體對(duì)物體的作用，施力物體同時(shí)也是受力物體． (√)(2)作用力和反作用力的受力物體是同一物體． (×)(3)一個(gè)人在用力打拳，可見(jiàn)一個(gè)力可以只有施力物體沒(méi)有受力物體． (×)(4)作用力與反作用力肯定是同性質(zhì)的力． (√)2．如圖所示，一個(gè)大人甲跟一個(gè)小孩乙站在水平地面上手拉手比力氣，結(jié)果大人把小孩拉過(guò)來(lái)了．對(duì)這個(gè)過(guò)程中作用于雙方的力的關(guān)系，正確的說(shuō)法是()甲乙A．大人拉小孩的力肯定比小孩拉大人的力大B．大人與小孩間的拉力是一對(duì)作用力與反作用力C．大人拉小孩的力與小孩拉大人的力的合力肯定為零D．只有在大人把小孩拉動(dòng)的過(guò)程中，大人的力才比小孩的力大，有可能出現(xiàn)的短暫相持過(guò)程中，兩人的拉力一樣大B[大人拉小孩的力與小孩拉大人的力構(gòu)成一對(duì)相互作用力，它們之間的關(guān)系滿意牛頓第三定律，所以二者恒久大小相等，方向相反，兩力作用在不同的人身體上，不能求合力，小孩被拉動(dòng)是因?yàn)樗艿睦Υ笥谒苣Σ亮Γ蔬x項(xiàng)B正確．]3．對(duì)于牛頓第三定律的理解，下列說(shuō)法中正確的是()A．當(dāng)作用力產(chǎn)生后，再產(chǎn)生反作用力；當(dāng)作用力消逝后，反作用力才漸漸消逝B．彈力和摩擦力都有反作用力，而重力無(wú)反作用力C．甲物體對(duì)乙物體的作用力是彈力，乙物體對(duì)甲物體的反作用力可以是摩擦力D．作用力和反作用力在任何狀況下都不會(huì)平衡D[依據(jù)牛頓第三定律知，兩個(gè)物體之間的相互作用力大小相等、方向相反、性質(zhì)相同、同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)消逝，故可判定A、B、C錯(cuò)誤，D正確．]作用力與反作用力如圖所示是一種傳統(tǒng)的民族體育項(xiàng)目“押加”，事實(shí)上相當(dāng)于兩個(gè)人拔河．假如繩質(zhì)量不計(jì)，且保持水平，甲、乙兩人在“押加”競(jìng)賽中甲獲勝．探究：(1)甲對(duì)繩的拉力，乙對(duì)繩的拉力對(duì)應(yīng)的反作用力分別是什么？(2)甲獲勝，是不是甲拉乙的力大于乙拉甲的力？大小與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)嗎？提示：(1)甲對(duì)繩的拉力其反作用力是繩對(duì)甲的拉力，乙對(duì)繩的拉力其反作用力是繩對(duì)乙的拉力．(2)不是．甲拉乙的力與乙拉甲的力始終相等，與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)．1．作用力與反作用力eq\a\al(作用力與,反作用力,的同與異)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(四同\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(同大：兩力大小相同,同線：作用在同始終線上,同性：力的性質(zhì)相同,同時(shí)：同時(shí)產(chǎn)生、改變與消逝)),三異\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(異向：兩力方向相反,異體\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(作用在不同物體上,不能合成，不會(huì)平衡)),異效：作用效果不同))))2．作用力、反作用力與平衡力之間最直觀的不同就是受力物體不同．作用力和反作用力平衡力相同點(diǎn)大小相等、方向相反、作用在同始終線上不同點(diǎn)受力物體作用在不同物體上作用在同一物體上性質(zhì)相同不肯定相同依存關(guān)系同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)改變、同時(shí)消逝，相互依存，不行單獨(dú)存在無(wú)依存關(guān)系，撤銷其中一個(gè)，另一個(gè)仍可存在，只是不再平衡疊加性不行疊加求合力，兩力作用效果不會(huì)抵消可以疊加求合力，合力為零，兩力作用效果相互抵消【例1】(多選)如圖所示，水平力F把一個(gè)物體緊壓在豎直的墻壁上靜止不動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是()A．作用力F跟墻壁對(duì)物體的支持力是一對(duì)作用力與反作用力B．作用力F與物體對(duì)墻壁的壓力是一對(duì)平衡力C．物體的重力跟墻壁對(duì)物體的靜摩擦力是一對(duì)平衡力D．物體對(duì)墻壁的壓力與墻壁對(duì)物體的支持力是一對(duì)作用力與反作用力思路點(diǎn)撥：先對(duì)物體受力分析，找出相互平衡的力，然后找出每個(gè)力的施力物體，對(duì)施力物體的作用力是反作用力．CD[作用力F跟墻壁對(duì)物體的支持力作用在同一物體上，大小相等、方向相反，在一條直線上，是一對(duì)平衡力，A錯(cuò)；作用力F作用在物體上而物體對(duì)墻壁的壓力作用在墻壁上，這兩個(gè)力不能成為平衡力，也不是作用力和反作用力，B錯(cuò)；物體在豎直方向上，受豎直向下的重力和墻壁對(duì)物體豎直向上的靜摩擦力，因物體處于靜止，故這兩個(gè)力是一對(duì)平衡力，C對(duì)；物體對(duì)墻壁的壓力與墻壁對(duì)物體的支持力，是兩個(gè)物體之間的相互作用力，是一對(duì)作用力和反作用力，D對(duì)．]辨別作用力、反作用力與平衡力的方法[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．下列關(guān)于作用力、反作用力和一對(duì)平衡力的相識(shí)，正確的是()A．一對(duì)平衡力的合力為零，作用效果相互抵消，一對(duì)作用力與反作用力的合力也為零，作用效果也相互抵消B．作用力和反作用力同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)改變、同時(shí)消逝，且性質(zhì)相同，一對(duì)平衡力的性質(zhì)不肯定相同C．作用力和反作用力同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)改變、同時(shí)消逝，一對(duì)平衡力也是如此D．先有作用力，接著才有反作用力，一對(duì)平衡力卻是同時(shí)作用在同一個(gè)物體上的B[作用力與反作用力是分別作用在兩個(gè)不同物體上的，作用效果不能抵消，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；作用力與反作用力具有同時(shí)性、同性質(zhì)的特點(diǎn)，而一對(duì)平衡力不肯定具有這些特點(diǎn)，選項(xiàng)B正確，C、D錯(cuò)誤．]牛頓第三定律用計(jì)算機(jī)協(xié)助試驗(yàn)系統(tǒng)探究作用力與反作用力的關(guān)系，點(diǎn)擊試驗(yàn)菜單中“力的相互作用”，把兩個(gè)探頭的掛鉤鉤在一起，向相反方向拉動(dòng)，如圖甲所示，視察顯示器屏幕上出現(xiàn)的結(jié)果如圖乙所示．甲乙探究：(1)乙圖中的正、負(fù)表示什么？(2)細(xì)致視察分析乙圖，還可以得出什么結(jié)論？提示：(1)圖像中的正、負(fù)表示方向，所以作用力和反作用力方向相反．(2)由圖乙可知，作用力與反作用力的圖線關(guān)于t軸對(duì)稱，說(shuō)明作用力和反作用力的大小時(shí)刻相等，即同時(shí)增大，同時(shí)減小，改變狀況完全一樣．1．牛頓第三定律的公式表達(dá)：F＝－F′.負(fù)號(hào)表示兩者方向相反，等號(hào)表示兩者大小相等．2．牛頓第三定律的物理意義：揭示了物體之間相互作用的規(guī)律，反映了作用力和反作用力的大小、方向特點(diǎn)，揭示了相互作用的物體間的聯(lián)系．3．應(yīng)用牛頓第三定律應(yīng)留意的問(wèn)題(1)定律中的“總是”說(shuō)明對(duì)于任何物體，在任何條件下牛頓第三定律都是成立的．(2)牛頓第三定律說(shuō)明白作用力和反作用力中，若一個(gè)產(chǎn)生或消逝，則另一個(gè)必定同時(shí)產(chǎn)生或消逝，否則就違反了“相互關(guān)系”．【例2】質(zhì)量為M的人站在地面上，用輕繩通過(guò)光滑定滑輪將質(zhì)量為m的重物從高處放下，如圖所示，若重物以加速度a下降(a＜g)，則人對(duì)地面的壓力為()A．(M＋m)g－maB．M(g－a)－maC．(M－m)g＋maD．Mg－ma思路點(diǎn)撥：①“輕繩、光滑定滑輪”說(shuō)明繩對(duì)重物的拉力和對(duì)人的拉力大小相等．②求人對(duì)地面的壓力可用轉(zhuǎn)換對(duì)象法先求地面對(duì)人的支持力．C[以重物為探討對(duì)象，受力分析如圖甲所示．甲乙由牛頓其次定律得mg－F＝ma，所以繩子上的拉力F＝mg－ma.以人為探討對(duì)象，受力分析如圖乙所示．由平衡條件得F＋N＝Mg所以N＝Mg－F＝Mg＋ma－mg由牛頓第三定律知，人對(duì)地面的壓力等于地面對(duì)人的支持力，所以N′＝N＝(M－m)g＋ma.]牛頓第三定律的適用范圍牛頓第三定律不僅適用于固體間的相互作用，也同樣適用于氣體和液體間的相互作用，而且與作用力的性質(zhì)、作用方式(接觸或不接觸)、物體的質(zhì)量大小、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及參考系的選擇均無(wú)關(guān)．【一題多變】若將上題的加速度a反向即重物以a加速上升(a＜g)且M＞2m，求人對(duì)地面的壓力大小？[解析]以重物為探討對(duì)象，受力分析如圖甲所示．甲由牛頓其次定律得：F－mg＝ma所以繩子上的拉力F＝mg＋ma以人為探討對(duì)象，受力分析如圖乙所示乙由平衡條件知：F＋N＝Mg所以N＝Mg－F＝Mg－mg－ma由牛頓第三定律知，人對(duì)地面的壓力等于地面對(duì)人的支持力所以N′＝N＝Mg－mg－ma.[跟進(jìn)訓(xùn)練]2.如圖所示，滑桿和底座靜止在水平地面上，質(zhì)量為M，一質(zhì)量為m的猴子沿桿以0.4g的加速度加速下滑，則底座對(duì)地面的壓力為()A．Mg＋0.4mg B．Mg＋0.6mgC．(M＋m)g D．MgB[以猴子為探討對(duì)象，分析猴子的受力如圖甲所示：豎直方向受重力mg和桿對(duì)猴子的摩擦力Ff，則有mg－Ff＝ma ①滑桿和底座受力如圖乙所示，受重力Mg、支持力FN，猴子對(duì)桿的摩擦力Ff′三力平衡：FN＝Mg＋Ff′ ②由牛頓第三定律得Ff′＝Ff ③由①②③解得FN＝Mg＋0.6mg由牛頓第三定律得底座對(duì)地面的壓力大小為FN′＝FN＝Mg＋0.6mg，方向豎直向下．故選B.]1．物理觀念：牛頓第三定律、作用力與反作用力、平衡力．2．科學(xué)思維：區(qū)分作用力與反作用力和一對(duì)平衡力相關(guān)問(wèn)題的求解．3．科學(xué)方法：試驗(yàn)探究法、平衡法.1．(多選)下面是生活、生產(chǎn)中常見(jiàn)的事例，應(yīng)用牛頓第三定律的是()A．小船靠劃槳前進(jìn)B．帆船利用風(fēng)力來(lái)航行C．螺旋槳飛機(jī)通過(guò)螺旋槳旋轉(zhuǎn)飛行D．噴氣式飛機(jī)向后噴出燃?xì)馔苿?dòng)飛機(jī)前進(jìn)ACD[當(dāng)坐在船上的人劃槳時(shí)，槳對(duì)水有向后的作用力，同時(shí)水對(duì)槳有一個(gè)反作用力向前，使得小船向前行，A正確．同理C、D正確，B錯(cuò)誤．]2．我國(guó)跳水運(yùn)動(dòng)在世界上處于領(lǐng)先地位．如圖所示為運(yùn)動(dòng)員跳水前的起跳動(dòng)作．下列說(shuō)法正確的是()A．運(yùn)動(dòng)員蹬板的作用力大小大于板對(duì)她們的支持力大小B．運(yùn)動(dòng)員蹬板的作用力大小小于板對(duì)她們的支持力大小C．運(yùn)動(dòng)員所受的支持力和重力相平衡D．運(yùn)動(dòng)員所受的合外力肯定向上D[運(yùn)動(dòng)員蹬板的作用力與板對(duì)她們的支持力是作用力和反作用力，大小相等、方向相反，A、B錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)員起跳過(guò)程，是由靜止獲得速度的過(guò)程，因而有豎直向上的加速度，合外力豎直向上，運(yùn)動(dòng)員所受的支持力大于重力，C錯(cuò)，D對(duì)．]3．下列各對(duì)力中，是相互作用力的是()A．懸繩對(duì)電燈的拉力和電燈的重力B．電燈拉懸繩的力與懸繩拉電燈的力C．懸繩拉天花板的力和電燈拉懸繩的力D．懸繩拉天花板的力和電燈的重力B[作用力與反作用力是兩個(gè)物體之間的相互作用力，選項(xiàng)A、C、D都不是作用力與反作用力．]4．(多選)馬拉車運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)馬對(duì)車的作用力為F，車對(duì)馬的作用力為F′.關(guān)于F和F′的說(shuō)法正確的是()A．F和F′是一對(duì)作用力和反作用力B．當(dāng)馬與車做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)>F′C．當(dāng)馬與車做減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)<F′D．無(wú)論馬與車做什么運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)和F′的大小總是相等的AD[馬與車之間的兩個(gè)力作用在兩個(gè)物體上，是一對(duì)相互作用力，這兩個(gè)力大小肯定相等，故A、D項(xiàng)正確；車做加速(減速)運(yùn)動(dòng)的緣由是馬拉車的力大于(小于)車所受的阻力，故B、C項(xiàng)錯(cuò)誤．]5．(思維拓展)如圖所示為英國(guó)人阿特伍德設(shè)計(jì)的裝置，不考慮繩與滑輪